План лекций

№ п/п	Название темы	Содержание темы
	Введение в предмет. Элементы химической термодинамики. I и II закон термодинамики. Химическое равновесие. Термодинамика растворения	Предмет и методы химической термодинамики. Взаимосвязь между процессами обмена веществ и энергии в организме. Химическая термодинамика как теоретическая основа биоэнергетики. Основные понятия термодинамики. Интенсивные и экстенсивные параметры. Функция состояния. Внутренняя энергия. Работа и теплота – две формы передачи энергии. Типы термодинамических систем (изолированные, закрытые, открытые). Типы термодинамических процессов (изотермические, изобарные, изохорные). Стандартное состояние. I начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования и сгорания вещества. Стандартная энтальпия реакции. Закон Гесса. Применение 1 начала термодинамики к биосистемам. Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Энергия Гиббса. Прогнозирование направления самопроизвольно протекающих процессов в изолированной и закрытой системах. Роль энтальпийного и энтропийного факторв. Термодинамические условия равновесия. Стандартная энергия Гиббса образования и биологического окисления веществ. Стандартная энергия Гиббса реакции. Примеры экзергонических и эндергонических процессов. Принцип энергетического сопряжения. Обратимые и необратимые реакции. Термодинамические условия равновесия в изолированных и закрытых системах. Константа химического равновесия. Общая константа последователбно и параллельно протекающих процессов. Уравнение изотермы и изобары химической реакции. Прогнозирование смещения химического равновесия. Понятие о гомеостазе и стационарном состоянии живого организма.
	Роль воды в жизнедеятельности организма. Теория растворов сильных и слабых электролитов. Коллигативные свойства разбавленных растворов. Заког Рауля и следствия из него. Осмос.	Роль воды и растворов в жизнедеятельности. Физико-химические свойства воды. Автопротолиз воды. Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов и электролитов. Закон Рауля и следствия из него: понижение температуры замерзания, повышение температуры кипения раствора, осмос. Омотическое давление: закон Вант-Гоффа. Осмоляльность и осмолярность биологических жидкостей и перфузионных растворов. Понятие о изоосмии. Роль осмоса в биологических системах. Плазмолиз, гемолиз.
	Протолитические реакции. Гидролиз солей. Амфолиты. Буферные системы организма.	Ионизация слабых кислот и оснований. Константа кислотности и основности. Связь между константой кислотности и константой основности в сопряжённой протолитической паре. Общая константа совмещённого протолитического равновесия. Гидролиз солей. Степень и константа гидролиза. Амфолиты. Изоэлектрическая точка. Буферное действие – основной механизм протолитического гомеостаза организма. Механизм действия буферных систем. Зона буферного действия и буферная ёмкость. Расчёт рН протолитических систем. Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая. Понятие о кислотно-основном состоянии организма. Применение реакций нейтрализации в фармакотерапии: лекарственные средства с кислотными и основными свойствами (гидрокарбонат натрия, оксид и пероксид магния, трисамин).
	Основы химической кинетики	Химическая кинетика. Скорость реакции (средняя скорость реакции в интервале, истинная скорость). Классификация реакции: гомогенные, гетерогенные и микрогетерогенные; реакции простые и сложные (параллельные, последовательные, сопряжённые, цепные). Молекулярность элементарного акта реакции. Порядок реакции. Период полупревращения. Зависимость скорости от концентрации. Кинетические уравнения реакций первого, второго и нулевого порядков. Экспериментальные методы определения скорости и константы скорости реакций. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции и его особенности для биохимических процессов. Понятие о теории активных соударений. Энергия активации. Уравнение Аррениуса. Роль стерического фактора. Понятие о теории переходного состояния. Гомо- и гетерогенный катализ. Особенности каталитической активности ферментов. Уравнение Михаэлиса-Ментен и его анализ.
	Лигандообменные процессы. Строение металлоферментов, биокомплексных соединений. Метало-лигандный гомеостаз	Комплексные соединения. Классификация комплексов по заряду и природе лигандов. Номенклатура комплексных соединений. Инертные и лабильные комплексы. Ионные равновесия в растворах комплексных соединений. Константы нестойкости комплексного иона. Представления о строении металлоферментов и других биокомплексных соединений (гемоглобин, цитохромы, кобаламины). Метало-лигандный гомеостаз и причины его нарушения. Механизм токсического действия тяжёлых металлов и мышьяка. Термодинамические принципы хелатотерапии. Механизм цитотоксического действия соединений платины.
	Химия биогенных элементов. Элементы S-блока	Понятие о биогенности химических элементов. Макро- и микроэлементы. Биосфера. Круговорот биогенных элементов. Кумулирование биогенных элементов живыми системами. Классификация элементов по их функциональной роли в организме. Электронные структуры атомов и катионов. Сравнение свойств ионов элементов IA и IIА групп. Химическое сходство и биологический антагонизм (натрий-калий, магний-кальций). Биологическая роль натрия, калия, кальция, магния. Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксидфосфата кальция. Явление изоморфизма: замещение в гидроксидфосфате кальция гидроксидионов на ионы фтора, ионов кальция на ионы стронция. Применение соединений элементов IA и IIА групп как лекарственных средств.
	Химия биогенных элементов d-блока	Электронные структуры атомов и катионов. Наиболее важные биогенные элементы d-блока - биометаллы: хром-медь, молибден. Окислительно- восстановительные свойства: устойчивость d-элементов в различных степенях окисления, диспропорционирование промежуточных степеней окисления элементов d-блока. Степени окисления d-элементов, устойчивые в условиях организма. Краткая сравнительная характеристика и медико-биологическое значение соединений железа, молибдена, вольфрама, кобальта, никеля, меди, серебра, цинка, ртути. Экологические аспекты токсического действия солей ртути, кадмия.
	Химия биогенных элементов p-блока	Электронные структуры атомов и ионов, закономерности в проявлении устойчивых степеней окисления. Особенности реакций комплексообразования. Протолитические свойства соединений р-блока. Неорганические соединения углерода (СО₂, СО), азота (азид-ион, оксонитрид азота, азотистая кислота и нитриты. Фосфор - фосфаты, полифосфаты. Кислород: свойства озона, активные формы кислорода (пероксид водорода, синглетный кислород, гидроксильный, супероксидный анион-радикалы). Сера (тиосульфат натрия, сульфиды, дисульфиды). Хлор: кислородсодержащие соединения хлора, диоксин.
	Физико-химия поверхностных явлений	Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение. Адсорбция. Уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и поверхностно- неактивные вещества. Биологически-важные ПАВ (мыла, детергенты, желчные кислоты). Изменение поверхностной активности в гомологических рядах (правило Траубе). Изотерма адсорбции. Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биомембран. Мицелообразование в растворах ПАВ. Определение критической концентрации мицелообразования. Липосомы. Адсорбционные равновесия на неподвижных границах раздела фаз. Физическая адсорбция и хемосорбция. Адсорбция газов на твёрдых телах. Адсорбция из растворов. Уравнение Лэнгмюра. Зависимость величины адсорбции от различных факторов. Правило выравнивания полярностей. Избирательная адсорбция. Значение адсорбционных процессов для жизнедеятельности. Физико-химические основы адсорбционной терапии, гемосорбции, применение в медицине ионитов.
	Физико-химия дисперсных систем в функционировании живых организмов	Классификация дисперсных систем (по степени дисперсности, по агрегатному состоянию, по силе межмолекулярного взаимодействия). Получение и свойства (суспензий, эмульсий и коллоидных растворов). Диализ, электродиализ, ультрафильтрация. Искусственная почка Молекулярно-кинетические свойства коллоидно дисперсных систем. Оптические свойства: рассеивание света (закон Рэлея). Электрокинетические свойства: электрофорез и электроосмос: потенциал течения и потенциал седиментации. Строение двойного электрического слоя. Электрокинетический потенциал и его зависимость от различных факторов. Коллоидные ПАВ. Устойчивость дисперсных систем (седиментационная, агрегативная и конденсационная). Коагуляция. Порог коагуляции и его определение. Правило Шульце-Гарди, явление привыкания. Коллоидная защита и пептизация.
	Полифункциональные соединения (многоатомные спирты и фенолы, полиамины, двухосновные карбоновые кислоты) Циклизация и хелатообразование	Поли- и гетерофункциональность - признак соединений, участвующих в обеспечении жизнедеятельности. Особенности проявления кислотно- основных свойств (амфолиты). Циклизация и хелатообразование. Взаимосвязь относительного взаимного расположения и взаимного влияния разных характеристических групп. Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин, инозит. Образование хелатов. Двухатомные фенолы: гидрохинон, резорцин, пирокатехин. Окисление двухатомных фенолов. Система гидрохинон-хинон. Фенолы как антиоксиданты. Полиамины: кадаверин, путресцеин. Двухосновные карбоновые килоты: щавелевая, малоновая, глутаровая, фумаровая. Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример биологической реакции дегидрирования. Образование лимонной кислоты в результате альдольного присоединения. Представление о строении b-лактамных антибиотиков. Альдегидо- и кетонокислоты: глиоксиловая, пировиноградная, ацето-, щавелевоуксусная, a-оксоглутаровая. Реакции декарбоксилирования b-кетонокислот и окислительного декарбоксилирования a-кетонокислот. Кето-енольная таутомерия.
	Гетерофункциональность (аминоспирты, аминокислоты, углеводы).	Аминоспирты: этаноламин, холин, ацетилхолин. Аминофенолы: дофамин, норадреналин, адреналин. Понятие о биологической роли этих соединений. и их производных. Гидрокси- и аминокислоты. Особенности проявления кислотно-основных свойств (амфолиты). Основы стереоизомерии гетерофункциональных соединений Реакции циклизации. Лактоны, лактамы, их гидролиз. Реакции элиминирования b-гидрокси и b-аминокислот.
	Биологически важные ароматические и гетероциклические соединени	Делокализация электронов как фактор повышения стабильности молекул, ее распространенность в биологически важных соединениях (каротиноиды, гем, ароматические и гетероциклические соединения)
	Биополимеры. Пептиды и белки. Свойства растворов ВМС	Важнейшие a-аминокислоты, входящие в состав белков. Строение. Номенклатура. Классификация по химической природе радикала и содержащихся в нем заместителей; по кислотно- основным свойствам. Стереоизомерия. Кислотно-основные свойства. Биполярная структура. Биосинтетические пути образования a-аминокислот. Химические свойства a-аминокислот как гетерофункциональных соединений. Биологически важные реакции аминокислот: дезаминирование, гидроксилирование. Пептиды. Номенклатура. Первичная структура белков. Частичный и полный гидролиз. Понятие о сложных белках. Гликопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды
	Углеводы. Монозы, полиозы	Моносахариды, Классификация. Стереоизомерия: D- и L-стереохимические ряды. Открытые и циклические формы. Формулы Фишера и формулы Хеуорса. Фуранозы и пиранозы; a- и b-аномеры. Цикло-оксотаутомерия. Конформация пиранозных форм моносахаридов. Строение наиболее важных пентоз (рибоза, ксилоза); гексоз (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза); дезоксисахаров (2-дезоксирибоза); аминосахаров (глюкозамин, маннозамин, галактозамин). Нуклеофильное замещение у аномерного центра в циклических формах. O- и N-гликозиды. Гидролиз гликозидов. Окисление моноз. Восстановительные свойства альдозАскорбиновая кислота. Восстановление моноз (ксилит, сорбит, маннит). Образование нейраминовой кислоты. Дисахариды: мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Строение. Цикло- оксо-таутомерия. Восстановительные свойства. Полисахариды. Крахмал, гликоген, декстран, целлюлоза.
	Нуклеиновые кислоты	Пиримидиновые и пуриновые основания. Ароматические свойства. Лактим-лактамная таутомерия. Реакции дезаминирования. Комплементарность нуклеиновых оснований. Водородная связь в комплементарных парах. Нуклеозиды. Гидролиз нуклеозидов. Нуклеотиды. Строение мононуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты. Гидролиз нуклеотидов. Первичная структура нуклеиновых кислот. Фосфодиэфирная связь. Рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Нуклеотидный состав РНК и ДНК. Гидролиз нуклеиновых кислот. Понятие о вторичной структуре ДНК. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры. Лекарственные средства на основе модифицированных нуклеиновых оснований (фторурацил, меркаптопурин). Изменение структуры нуклеиновых кислот под действием химических веществ (многоядерных углеводоодов, формальдегида, азотистой кислоты).
	Липиды	Омыляемые липиды. Нейтральные липиды. Классификация. Природные высшие жирные кислоты. Липиды "омега-3" и "омега-6" рядов. Биологическая роль. Химические свойства. Пероксидное окисления фрагментов жирных кислот в клеточных мембранах. Фосфолипиды. Классификация. Фосфатидные кислоты. Фосфолипиды как компоненты биологических мембран. Физико-химические свойства фосфолипидов. Образование мицелл. Мицеллы - как форма прицельной доставки лекарственных средств. Фосфолипиды - основа лекарственных и парафармацевтических препаратов. Неомыляемые липиды. Токоферол, изопреноиды, убихинон, филлохинон. Системы ферментативной и неферментативной защиты липидов от окисления.